(57)【要約】【課題】簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供する。【解決手段】光素子(2)が実装される回路基板(4)と、回路基板が収容されるケース(6)と、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズ(10)が設けられたカバー(8)とを具備する光電センサ装置(1)であって、カバーのケースに対する組み付けに伴って光素子に対してカバーを位置決めし、レンズに対する光素子の距離をカバー側にて規定する位置決め手段(12)を備える。【選択図】図２
2010219203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が実装される回路基板と、前記回路基板が収容されるケースと、前記ケースに組み付けられ、前記光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、
前記カバーの前記ケースに対する組み付けに伴って前記光素子に対して前記カバーを位置決めし、前記レンズに対する前記光素子の距離を前記カバー側にて規定する位置決め手段を備えることを特徴とする光電センサ装置。
【請求項２】
前記位置決め手段は、前記カバー側から前記光素子に対して作用する押圧力を緩衝する弾性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項３】
前記位置決め手段は、前記カバーに突設される突部からなり、前記突部の突出長さによって前記距離を規定することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項４】
前記突部は、前記光素子の光学面に当接されるとともに前記光素子の側面にて前記光素子の前記光学面方向の移動を規制する段差部を有することを特徴とする請求項３に記載の光電センサ装置。
【請求項５】
前記突部は、前記光素子の側面に係合されて前記光素子の光学面方向の移動を規制する係合部を有することを特徴とする請求項３に記載の光電センサ装置。
【請求項６】
前記位置決め手段は、前記カバーの前記ケースに対する組み付けに伴って前記カバーを前記光素子の光学面に面接触させ、前記レンズと前記光学面との間に形成される前記光学系に応じて前記距離を規定することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【請求項７】
複数組の対応する前記光素子、前記回路基板、前記レンズ、前記位置決め手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出する光電センサ装置が知られている。この種の光電センサ装置は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって物体を検出し、長距離検出を可能とするものが知られ、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などの光素子と、配線パターンが形成され、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収納されるケースと、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備している。
【０００３】
そして、光素子を回路基板に直接に実装するのではなく、三次元射出形成回路部品（ＭＩＤ）を設け、このＭＩＤに光素子を固定し、ＭＩＤを介して回路基板に光素子を実装することにより、光素子とレンズとの位置決め精度を向上する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光素子とレンズとの位置決め精度を向上することによって光素子とレンズとの距離のばらつきを防止することは、光素子の光学系を高精度に設定し、ひいては光電センサ装置の高性能化を図るための重要な要素の一つである。
しかしながら、上記従来技術では、上記ＭＩＤを要するため、光電センサ装置の部品点数が増加し、ひいては光電センサ装置の生産コストが増大するとの問題がある。
【０００６】
また、上記従来技術では、上記ＭＩＤを要するとともに、上記ＭＩＤに実装される光素子と回路基板との間の配線が必要となるため、光電センサ装置の構成が複雑になり、光電センサ装置を容易に小型化できないとの問題もある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡易にして小型化及び高性能化の両方を実現することができる光電センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の光電センサ装置は、光素子が実装される回路基板と、回路基板が収容されるケースと、ケースに組み付けられ、光素子の光学系を決定するレンズが設けられたカバーとを具備する光電センサ装置であって、カバーのケースに対する組み付けに伴って光素子に対してカバーを位置決めし、レンズに対する光素子の距離をカバー側にて規定する位置決め手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、位置決め手段は、カバー側から光素子に対して作用する押圧力を緩衝する弾性部材を有することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１において、位置決め手段は、カバーに突設される突部からなり、突部の突出長さによって距離を規定することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、突部は、光素子の光学面に当接されるとともに光素子の側面にて光素子の光学面方向の移動を規制する段差部を有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５記載の発明では、請求項３において、突部は、光素子の側面に係合されて光素子の光学面方向の移動を規制する係合部を有することを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項１において、位置決め手段は、カバーのケースに対する組み付けに伴ってカバーを光素子の光学面に面接触させ、レンズと光学面との間に形成される光学系に応じて距離を規定することを特徴としている。
【００１０】
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１において、複数組の対応する光素子、回路基板、レンズ、位置決め手段を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光電センサ装置によれば、カバーのケースに対する組み付けに伴って光素子に対してカバーを位置決めし、レンズに対する光素子の距離をカバー側にて規定する位置決め手段を備える。これにより、レンズに対する光素子の距離を規定するための別部材を要さないため、光電センサ装置の生産コストを低減しつつ、光電センサ装置の高性能化を図ることができ、簡易にして光電センサ装置の小型化及び高性能化の両方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電センサ装置の構造を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置の組立状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例に係るカバーをその底面側からみた斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の別の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の変形例に係るカバーをその底面側からみた斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態の別の変形例に係るカバーをその底面側からみた斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の別の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の別の変形例に係る光電センサ装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサ装置について先ず第１実施形態から説明する。
図１は、本実施形態に係る光電センサ装置１の構造を示す分解斜視図である。
光電センサ装置１は、可視、不可視光線の反射または遮光の何れかによって光素子２を介して物体を検出する検出器であって、光素子２が電気的に実装され、配線パターンが形成される回路基板４と、回路基板４が収容されるケース６と、ケース６に組み付けられるカバー８とから概略構成されている。
【００１４】
光素子２は、シリコン等の基板上に電子部品を実装し、表面をエポキシ樹脂等で封止した表面実装パッケージ部品であって、発光ダイオード（発光素子）やフォトダイオード（受光素子）などとして用いられ、図１の向きにて例えば縦横幅２ｍｍ、高さ０．４ｍｍ程度の外形寸法を有し、回路基板４において光素子２が実装される被実装面４ａの略中央に搭載されている。
【００１５】
ケース６及びカバー８は、何れも合成樹脂等から箱体に形成され、図１の向きにて例えば縦幅１０ｍｍ、横幅２０ｍｍ、高さ４ｍｍ程度の外形寸法を有している。
また、図２の、図１のＡ−Ａ方向からみた光電センサ装置１の組立状態を示す縦断面図も参照すると、カバー８には、その箱体の底面８ａに光素子２の光学プロファイルたる光学系を決定するレンズ１０が設けられている。
【００１６】
レンズ１０は、ケース６及びカバー８の高さ方向に光素子２と正対して位置付けられ、これより、光素子２の発光や受光が被実装面４ａと平行な面にて可能な光電センサ装置１が構成される。
ところで、本実施形態では、カバー８のケース６に対する組み付けに伴って光素子２に対してカバーを位置決めし、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄをカバー８側にて規定する位置決め機構（位置決め手段）１２が設けられている。
【００１７】
位置決め機構１２は、カバー８の底面８ａから突出長さＬにて突設された突条部（突部）１４を有し、突条部１４は、レンズ１０の凸面外周縁の近傍のレンズ１０と光素子との光学系を干渉しない位置に平行して２つ設けられている。
また、位置決め機構１２は、ケース６と回路基板４との間に介挿される弾性部材１６を有し、弾性部材１６は所定の弾性力を発生するゴム、エラストマー、或いはばね等から構成されている。
【００１８】
以下、光電センサ装置１の組立手順について説明する。
先ず、弾性部材１６がケース６の底面６ａに載置され、ケース６に収容される。
次に、回路基板４が被実装面４ａとは反対側の面である背面４ｂから弾性部材１６の上に載置され、ケース６に収容される。
次に、ケース６及びカバー８の各箱体の開口端面６ｂ、８ｂを互いに当接させたうえでケース６及びカバー８の外周部をそれぞれ冶具で固定するなどして各開口端面６ｂ、８ｂ間にずれが生じないようにし、例えばレーザ溶着など適宜な接合方法でケース６及びカバー８の当接面間を接合することによって、ケース６とカバー８との組立において大きな組立誤差を生じることなく、すなわちカバー８がケース６との互いの外形基準に基づいてケース６に組み付けられ、光電センサ装置１の組立が完了する。
【００１９】
ここで、カバー８のケース６に対する組み付けに伴い、突条部１４の下端面１４ａは、レンズ１０と対向する光素子２のうち、発光または受光を行う電子部品が実装された面（光学面）２ａの少なくとも中央部を覆うことなくレンズ１０と光素子２との光学系を干渉しない位置に当接され、これと同時に突条部１４の突出長さＬを所定長さに設定することで、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄがカバー８側にて規定される。
【００２０】
突条部１４の突出長さＬは、接合されたカバー８及びケース６の各底面８ａ，６ａ間の距離Ｄ１から、光素子２、回路基板４、及び初期状態の弾性部材１６の厚みの合計ｔを減じた距離よりも若干大きく設定されている（Ｌ＞(Ｄ１−ｔ)）。これより、カバー８のケース６に対する組み付けに伴い、突条部１４によって所定の押圧力で光素子２が押圧されるが、この際に光素子２に作用する押圧力を弾性部材１６の弾性力によって緩衝することで光素子２が好適に固定されて位置決めされる。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、カバー８のケース６に対する組み付けに伴って光素子２に対してカバー８を位置決めし、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄをカバー８側にて規定する位置決め機構１２を備える。具体的には、位置決め機構１２は、カバー８に突設される突条部１４からなり、突条部１４の突出長さＬによって距離Ｄを規定する。これにより、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄを規定するための別部材を要さないため、光電センサ装置１の生産コストを低減しつつ、光電センサ装置１の高性能化を図ることができ、簡易にして光電センサ装置１の小型化及び高性能化の両方を実現することができる。
【００２２】
しかも、位置決め機構１２は、カバー８側から光素子２に対して作用する押圧力を緩衝する弾性部材１６を有する。これにより、カバー８のケース６に対する組み付けに伴って光素子２に対してカバー８を位置決めするに際して光素子２に作用する押圧力、或いは、光電センサ装置１の設置や使用時にケース６やカバー８にかかる外力によって光素子２に作用する押圧力を緩衝させることができるため、光素子２、ひいては回路基板４を確実にに保護しつつ、光電センサ装置１の小型化を実現することができる。
【００２３】
ここで、図３のカバー８をその底面８ａ側からみた斜視図に示されるように、突条部１４の代わりに、突出長さＬを有するピン（突部）１８を複数箇所（図３では底面８ａの略対角線上に２箇所）に設けてその下端面１８ａを光学面２ａに当接させることによって位置決め機構１２を構成しても良い。
また、図４の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、レンズ１０と光素子２との間に形成される光学系を干渉しない程度にレンズ１０側に屈曲されたＬ字状のピン（突部）２０を複数設け、各ピン２０の側面２０ａを光学面２ａに当接させても良い。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
当該第２実施形態は、上記第１実施形態の突条部１４に、光素子２の光学面２ａに当接されるとともに光素子２の側面２ｂにて光素子２の光学面２ａ方向の移動を規制する段差部１４ｂを設けるものであり、他は上記第１実施形態と同様の構成をなしている。
図５の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、各突条部１４には突条部１４の長手方向に段差部１４ｂがそれぞれレール状に形成されており、各段差部１４ｂには光素子２の光学面２ａと側面２ｂとが交わる角部２ｃが嵌合され、これより光素子２は図５の向きにて左右方向の移動が規制される。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、突条部１４に段差部１４ｂを設けることにより、突条部１４にカバー８のケース６に対する組み付けに伴って光素子２に対してカバー８をより一層確実に位置決めし、レンズ１０に対する光素子２の距離Ｄをカバー８側にて更に厳密に規定することができるため、光電センサ装置１の更なる高性能化を図ることができる。
ここで、図６のカバー８をその底面８ａ側からみた斜視図に示されるように、底面８ａにおいてレンズ１０を囲繞する位置に四角筒形状のホルダ（突部）２２を設け、このホルダ２２に光素子２の角部２ｃを嵌合するための段差部２２ａを設けても良い。
【００２６】
また、図７のカバー８をその底面８ａ側からみた斜視図に示されるように、光素子２の角部２ｃが嵌合される段差部２４ａをそれぞれ有する４つのピン（突部）２４を光素子２の四方に設けても良い。これら図６，７の場合には、各図において光素子２の左右方向のみならず前後方向の移動も規制することができて好ましい。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００２７】
当該第３実施形態では、図８の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、上記各実施形態における弾性部材１６は設けられておらず、代わりに、上記第１実施形態の変形例で示したＬ字状の各ピン２０の先端に弾性材料からなる爪部（係合部）２０ｂが形成され、光学面２の側面２ｂに爪部２０ｂが係合される溝部２ｃが設けられている。そして、溝部２ｃに爪部２０ｂを係合することにより、光素子２は図８の向きにて左右前後方向の移動が規制される。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、ピン２０に光学面２の側面２ｂに係合される爪部２０ｂを設けることにより、距離Ｄを容易に且つ厳密にカバー８側にて規定することができ、簡易にして光電センサ装置１の高性能化を実現することができる。
しかも、爪部２０ｂを弾性材料から形成することにより、弾性部材１６が不要となることからカバー８及びケース６の各底面８ａ，６ａ間の距離Ｄ１を更に小さくすることができるため、光素子２、ひいては回路基板４を確実に保護しつつ、光電センサ装置１の更なる小型化を実現することができる。
【００２９】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
当該第４実施形態は、図９の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、カバー８のケース６に対する組み付けに伴ってカバー８の底面８ａを光素子２の光学面２ａに直接に面接触させ、レンズ１０と光学面２ａとの間に形成される光学系に応じて距離Ｄを規定するものである。
【００３０】
詳しくは、光素子２の光学面２ａにはその略中央部に凹面部２６が形成され、凹面部２６は、底面８ａと光学面２ａとの面接触に伴いレンズ１０が非接触にて収容可能であって、レンズ１０との間に所望の光学系を得ることができるように、カバー８の底面８における厚みｔ１、レンズの曲率及び径や、凹面部２６の曲率及び径が予め設定される。
以上のように、本実施形態では、カバー８における突部加工が不要となるため、光電センサ装置１の生産コストをより一層低減することができる。
【００３１】
しかも、カバー８と光素子２との接触が面接触となることにより、カバー８における突部が無い分、距離Ｄ１を更に小さくすることができるとともに、カバー８を介して光素子２、ひいては回路基板４に伝達される外力をより効果的に分散させることができ、突部に対する応力集中を憂慮する必要がないため、光素子２、ひいては回路基板４をより一層確実に保護しつつ、光電センサ装置１の更なる小型化を実現することができる。
【００３２】
ここで、図１０の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、所望の光学系を得るために上記凹面部２６にレンズ２８を設け、レンズ１０，２８同士を正対させるようにしても良い。
また、図１１の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、レンズ１０をカバーの外面８ｃに凸設しても良く、この場合には上記した凹面部２６が不要となり、底面８ａに光学面２ａの全面を面接触させることができるため、光電センサ装置１の生産コストをより更に低減することができるとともに、光素子２及び回路基板４の保護、ひいては光電センサ装置１の小型化を更に効果的に促進させることができる。
【００３３】
更に、上記図９及び１０において、レンズ１０と光素子２とが接触していても良く、この場合には、カバー８と光素子２との距離Ｄは一見してゼロとなるが、実際には光素子２に表面実装される樹脂部分の厚みが上記距離Ｄに相当するため、カバー８と光素子２の上記樹脂部分との透光率を異ならしめ、カバー８の厚みｔ１及び光素子２の樹脂部分の厚みを予め設定することにより所望の光学系を得ることも可能である。
【００３４】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では、第３実施形態を除いて弾性部材１６が設けられるが、これに限らず、図１２の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、ケース６の側壁６ｃに注入孔３０を穿孔し、弾性部材１６をケース６の底面６ａに載置する代わりに、注入孔３０から熱可塑性の樹脂３２を注入しても良い。
【００３５】
また、上記各実施形態では、ケース６及びカバー８は箱体をなしているが、これに限らず、図１３の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、カバー８の開口端面８ｂをカバー８の内方に拡張させ、複数の対向する突出部３４を形成し、一方、ケース６を箱体ではなく板状に形成しても良い。この場合には、板状ではない棒状の弾性部材３６を設け、突出部３４の図１３の向きでみて上面３４ａと光素子２の背面２ｄとの間に弾性部材３６を配置することにより、光素子２に作用する押圧力を緩衝させることができる。
【００３６】
この場合の光電センサ装置１の組立は、箱体であるカバー８に、回路基板４、弾性部材３６を順次収容し、最後にケース６をカバー８に組み付けて完了となる。これにより、光電センサ装置１の組立に際し、組立に係る部材をカバー８側に集約して収納することができるため、光電センサ装置１の生産コストを更に低減することができて好ましい。
更に、上記各実施形態では、弾性部材による弾性力を利用して光素子２を位置決め固定しているが、これに限らず、図１４の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、突条部１４の下端面１４ａと光学面２ａとの間、及び、回路基板４の側面４ｃとケース６の側壁６ｃとの間に予め接着剤を塗布して接着部３８を介在させても良い。
【００３７】
また、図１５の光電センサ装置１の縦断面図に示されるように、底面８ａの突条部１４よりも外側に複数のピン４０を突設し、回路基板４を貫通して形成されるピン孔４２にピン４０を挿入して貫通させ、回路基板４の背面４ｂから突出されたピン４０の下端部４０ａに、例えば接着剤やヒートステークによる熱溶着によって接着する接着部４２を形成し、背面４ｂに固定しても良い。これら図１４，１５の場合には、接着部３８，４４によって光素子２及び回路基板４を位置決め固定することにより、少なくとも別部材を要さずに距離Ｄを規定することができる。
【００３８】
更に、上記各実施形態での光電センサ装置１に限らず、レンズ１０をカバー８の外側面に設けたり、レンズ１０と正対しない位置に設け、更にカバー８に光素子２とレンズ１０との間の導光を行う導光部材を設けて、光素子２の発光、受光が水平や斜め方向にて可能な光電センサ装置にも適用可能である。
最後に、上記各実施形態では、１組の対応する光素子２、回路基板４、レンズ１０、位置決め機構１２が設けられるが、これに限らず、複数組の対応する光素子２、回路基板４、レンズ１０、位置決め機構１２を設けても良い。例えば、発光素子とそれに対応する回路基板、レンズ、位置決め機構、及び、受光素子とそれに対応する回路基板、レンズ、位置決め機構を設けても良く、或いは、１つの回路基板を各位置決め機構の配置される２つの部位に分け、各位置決め機構の変位干渉を回避するために、各部位を各部位ごとに変位可能なフレキシブルな接続部材によって接続するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１  光電センサ装置
２  光素子
２ａ  光学面
２ｂ  側面
４  回路基板
６  ケース
８  カバー
１０  レンズ
１２  位置決め機構（位置決め手段）
１４  突条部（突部）
１４ｂ，２２ａ，２４ａ  段差部
１６，３６  弾性部材
１８  ピン（突部）
２０  ピン（突部）
２０ｂ  爪部（係合部）
２２  ホルダ（突部）
２４  ピン（突部）
【図１】
2010219203.tif 000003
【図２】
2010219203.tif 000004
【図３】
2010219203.tif 000005
【図４】
2010219203.tif 000006
【図５】
2010219203.tif 000007
【図６】
2010219203.tif 000008
【図７】
2010219203.tif 000009
【図８】
2010219203.tif 000010
【図９】
2010219203.tif 000011
【図１０】
2010219203.tif 000012
【図１１】
2010219203.tif 000013
【図１２】
2010219203.tif 000014
【図１３】
2010219203.tif 000015
【図１４】
2010219203.tif 000016
【図１５】
2010219203.tif 000017